改進(jìn)結(jié)構(gòu)的高壓磨料水噴嘴內(nèi)部?jī)上嗔鲃?dòng)及磨損研究.pdf

1、高壓磨料水射流切割是近二十年興起的一項(xiàng)加工技術(shù)，因其具有“綠色”切割、切縫質(zhì)量好以及無(wú)需二次加工等優(yōu)越特點(diǎn)，目前該切割技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已被廣泛應(yīng)用。然而作為新興切割技術(shù)，整個(gè)切割系統(tǒng)仍存在許多待完善的問(wèn)題，尤其是形成磨料射流關(guān)鍵的噴嘴結(jié)構(gòu)，關(guān)系著整體系統(tǒng)的切割精度，迄今為止其集束能力及使用壽命仍未達(dá)到理想水平，制約了切割質(zhì)量及生產(chǎn)效率。因此，進(jìn)一步研究增強(qiáng)磨料噴嘴射流的集束性、延長(zhǎng)磨料噴嘴的使用壽命，確保其高精度、高效率的完成切割加工行為，

2、對(duì)于提高我國(guó)高壓磨料水切割技術(shù)水平具有重要意義。
　　本文在分析噴嘴內(nèi)部磨粒加速機(jī)理以及內(nèi)壁磨損機(jī)理的基礎(chǔ)上，從提高射流速度、降低磨損的角度出發(fā)，提出了改進(jìn)的雙圓錐磨料噴嘴結(jié)構(gòu)。針對(duì)改進(jìn)前后的噴嘴結(jié)構(gòu)，根據(jù)現(xiàn)有的磨料噴嘴結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)原則，分別給出了四組不同結(jié)構(gòu)參數(shù)，應(yīng)用FLUENT完成了八組參數(shù)下的磨料噴嘴內(nèi)部的二維單相數(shù)值模擬。通過(guò)對(duì)比分析出口端射流軸向速度、徑向速度以及噴嘴內(nèi)外部紊流動(dòng)能，驗(yàn)證了改進(jìn)后的磨料噴嘴具有更優(yōu)的混合能力

3、及射流集束性。
　　基于噴嘴內(nèi)部流場(chǎng)復(fù)雜性的考慮，在建立液固兩相流動(dòng)的計(jì)算模型前，首先提出了計(jì)算假設(shè)?；跉W拉-拉格朗日算法，選取了標(biāo)準(zhǔn)k??模型及SST-?模型對(duì)噴嘴內(nèi)的紊流流場(chǎng)進(jìn)行求解，分析了磨粒在噴嘴內(nèi)部的具體受力情況，對(duì)比研究確定了磨粒碰撞反彈模型。通過(guò)研究單磨粒的入射角以及碰撞速度對(duì)磨損的影響，采用FLUENT中的DPM模型，將E/CRC提出的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)p模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，建立了噴嘴內(nèi)部的磨粒磨損計(jì)算模型。
　　以兩相流

4、動(dòng)計(jì)算模型為基礎(chǔ)，對(duì)高壓磨料噴嘴內(nèi)部的稀相兩相流動(dòng)及相間作用進(jìn)行了三維數(shù)值模擬研究。相同工況下對(duì)比文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)研究，得到經(jīng)由改進(jìn)磨料噴嘴的混合射流速度相對(duì)提高，驗(yàn)證了改進(jìn)噴嘴結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。進(jìn)而分析了直接關(guān)系切割深度及質(zhì)量的磨料噴嘴內(nèi)部速度場(chǎng)，得到出口處83.5％左右的磨粒速度達(dá)到300m/s以上，射流具備高集束能力。基于離散相計(jì)算模型，對(duì)單磨粒加速運(yùn)動(dòng)進(jìn)行研究，得到不同目數(shù)的磨粒在出口端的速度相差不大，在圓錐段的壓強(qiáng)梯度力以及阻力是提供

5、磨粒加速的關(guān)鍵作用力，數(shù)值較小的虛擬質(zhì)量力和Basset力在整個(gè)過(guò)程中均為反作用力?；贒iscrete Random Walk模型數(shù)值模擬了不同參數(shù)下的磨粒軌跡運(yùn)動(dòng)，結(jié)合CFD-Post的可視化處理，得出80目磨粒是滿足工況下的最佳選擇。最后初步建立了磨粒的運(yùn)動(dòng)速度模型。利用顆粒流的滑移剪切-碰撞（S-C）模型的基本思想，建立了單磨粒與噴嘴內(nèi)壁碰撞邊界模型，結(jié)合ANSYS_LSDYNA軟件，分析了磨粒與內(nèi)壁之間碰撞中的相對(duì)位移、接觸時(shí)